Как се контролира качеството на електрозахранването в умната мрежа?

С разгръщането на нови енергийни източници като слънчева енергия, вятърна енергия и биомаса в разпределителната мрежа чрез разпределено генериране, микромрежи и малки и средни електроцентрали (включително електроцентрали за съхранение на енергия и зарядни станции за електрически превозни средства), интелигентната електрическа мрежа при новата ситуация се изправя пред много нови предизвикателства. Структурата за контрол на качеството на електроенергията в рамките на интелигентната мрежа включва предимно разпределено генериране, преносни и разпределителни мрежи, натоварвания, компенсатори за качество на тока и др.

С разгръщането на нови енергийни източници като слънчева, вятърна и биомасова енергия в разпределителната мрежа чрез разпределено генериране, микромрежи и малки и средни електроцентрали (включително електроцентрали за съхранение на енергия и зарядни станции за електромобили), интелигентната електрическа мрежа при новата ситуация се сблъсква с много нови проблеми. Структурата за контрол на качеството на електроенергията в рамките на интелигентната мрежа се състои предимно от разпределено генериране, преносни и разпределителни мрежи, натоварвания, компенсатори за качество на тока и др. От една страна, като основен двигател за интегриране на новите енергийни източници, масовото внедряване на електронни преобразувателни устройства доведе до нови характеристики и проблеми, свързани с качеството на електроенергията в преносните и разпределителните мрежи, които се нуждаят от незабавно решение. От друга страна, разнообразието, нелинейността и въздействието на натоварванията от страна на потребителите стават все по-сериозни, което прави ефективното използване на електрическата енергия неотложно. Тези нови проблеми създават както възможности, така и предизвикателства за технологиите за контрол на качеството на тока. Като основен елемент на интелигентната мрежа, микромрежата е нелинейна сложна система, която комбинира множество енергийни източници. Разпределените източници на енергия в нея притежават характеристики като прекъснатост, сложност, разнообразие и нестабилност. Новите проблеми и особености, свързани с качеството на тока, стават все по-очевидни. Следователно една от ключовите задачи, които се нуждаят от незабавно изследване и решение, за да се осигури безопасна и стабилна работа на разпределителната мрежа при свързване на микромрежи, е проблемът с качеството на тока.
Класификация на компенсаторите за качество на електроенергията
Технологията за управление на качеството на електрозахранването може да се раздели на активна технология за управление и пасивна технология за обработка. За различни проблеми с качеството на тока, са класифицирани и представени съответните компенсиращи устройства. Пасивната технология за управление подтиска или решава проблеми с качеството на тока, като хармоници, реактивна мощност и несбалансиране на трите фази, чрез свързване на допълнителни силови електронни компенсатори успоредно или в серия. Компенсиращите устройства включват предимно пасивни силови филтри (PPF), активни силови филтри (APF), хибридни активни силови филтри (HAPF), компенсатори на реактивната мощност, динамични регулатори на напрежението (DVR) и интегрирани регулатори на качеството на тока (UPQC) и др. Сред тях, компенсаторът на качеството на тока, базиран на модулни многонивови преобразуватели (MMC), става гореща тема за изследване и бъдеща тенденция в технологиите за управление на качеството на тока в средно и високо напрежение, поради неговата модулна каскадна структура с ниско напрежение. Активната технология за управление включва електрически оборудване или разпределени източници на енергия, които променят характеристиките на входното или изходното съпротивление, за да се постигне балансиране на функцията за управление на качеството на тока. Активната технология за управление на качеството на тока не само повишава степента на използване на електроенергията, но и подобрява общото качество на тока в системата, без необходимост от добавяне на допълнителни компенсатори.
2. Методи за управление на компенсаторите за качество на електроенергията
В момента компенсаторите за качество на електроенергията най-често използват преобразуватели от тип напрежение или от тип ток. Често използваните методи за токово управление на компенсаторите включват предимно: управление с гистерезис, безстепенно управление, управление с прогнозна модель, пропорционално-интегрално (PI) управление, пропорционално-резонансно (PR) управление, повторно управление и нелинейно робастно управление и др. Освен това, чрез подобряване на конвенционалното токово управление може да се повиши качеството на управлението в единичния режим на токово управление. Например, комбинирането на конвенционалното PI управление с векторното PI управление може да опрости процеса на откриване на хармониците. Методът за компенсиране чрез разделяне на хармониците по честота, в сравнение с традиционния метод на пълна честотна компенсация, подобрява точността на откриване и компенсиране на всяка отделна хармонична, което го прави особено подходящ за различни високонапрежни и нисконапрежни хибридни активни филтри за компенсиране на мощност.
3. Анализ и контрол на качеството на електроенергията на големи разпределени електроцентрали
С увеличаването на нивото на проникване на големи разпределени електроцентрали като фотоволтаични и вятърни (на нива от 10 kV до 35 kV), взаимодействието и свързването на хармониците, генерирани от системи на разпределени централи, предимно съставени от множество инвертори, с електропреносната и разпределителна система става все по-сложно. Хармониците, изведени от разпределените централи, проявяват характеристики на висока честота и широк честотен диапазон. Връзката между фактора на резонансно усилване, хармоничния ред и разстоянието на предаване при типична разпределена електроцентрала. По време на разпространението на хармониците в преносната мрежа те се повлияват от фактори като разпределената капацитивност в линиите за предаване и фоновото хармонично напрежение, което може да доведе до резонансно усилване на тока и напрежението. Съществуват две решения за управление, които могат да потиснат проблема с последователния и паралелния резонанс на широколентовите хармоници в преносната мрежа, а именно: промяна на параметрите на преносната мрежа и елиминиране на резонанса чрез паралелни реактори; монтиране на високоволтови хибридни активни филтри за компенсиране на хармоничния ток, който навлиза в електропреносната мрежа.